重钢PC钢绞线用82B线材生产工艺探索与实践
2012-07-27 09:51:24
国内高强度预应力钢绞线盘条主要牌号为SWRH82B，属高碳硬线钢线材。广泛用于公路、铁路桥梁、海港码头、电站、大坝、工业民用建筑等领域。据不完全统计，预应力钢绞线每年需求量以10%～20%速度递增，其市场发展前景十分广阔。因贵绳等企业用户对82B钢需求量越来越大，多次提出希望与重钢共同开发该钢种，而重钢有近6年硬线钢生产经验，目前年生产能力已超过30万t，且质量逐年稳定提高。重钢根据市场情况及自身的装备水平，决定开发82B盘条。
1、SWRH82B钢的主要技术要求
SWRH82B盘条国内牌号为82MnA，执行标准为YB/T146-1998。该标准对其化学成分、显微组织、力学性能等都作了明确规定。
1.1化学成分
表1：YB/T146-98标准成分要求及重钢成分设计
%
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要求
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C
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Si
|
Mn
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P
|
S
|
|
冶标要求
|
0.80~0.85
|
0.12~0.32
|
0.60~0.90
|
≤0.025
|
≤0.025
|
|
判定要求
|
0.82~0.85
|
0.17~0.32
|
0.70~0.80
|
≤0.020
|
≤0.015
|
|
目标要求
|
0.83
|
0.25
|
0.75
|
0.015
|
0.010
|
1.2显微组织
盘条的金相组织应主要为索氏体，不应有马氏体、网状渗碳体及对性能有害的组织。
1.3力学性能
D=8～10mm：抗拉强度σb为1080～1200MPa，Ψ≥25%；
D=10.5～13mm：抗拉强度σb为1060～1180MPa，Ψ≥25%。
1.4其他要求
气体含量：钢中N、H、O含量均会不同程度影响82B线材的力学性能，一般要求N、H、O的体积
浓度分别满足[N]≤60×10-6、[H]≤3×10-6、[O]≤40×10-6。
非金属夹杂物尺寸≤20μm，且不能富集。
盘条索氏体率≥85%（即索氏体级别≤2.0级）。
2、82B钢生产试制情况
2.1炼钢试制情况
2.1.1转炉冶炼
原料采用脱硫铁水，原则上选用温度偏高的铁水进行深脱硫，然后大翻小进转炉。冷料为二类生铁+优质废钢；采用双渣操作，保证终点控制目标。
2.1.2LF钢包精炼
使用自身热态较好、无积灰积渣、口皮平整无挂渣的钢包。LF炉前使用低P、S碳粉、铝矾土、铝粉，钢水出站前用钙铁线进行钙处理。LF精炼过程渣况黏度、流动性控制良好。
2.1.3方坯连铸浇注
连铸浇注工艺基本正常，浇注周期执行（40+2）min，拉速按2.3m/min进行控制，未发生明显堵、洗水口情况。
2.282B轧制过程
2.2.1轧线及控冷设备
重钢高线轧机共有28机架，全线采用平立交替无扭连续轧制。斯太尔摩冷却线有7台风机，每台风机的风量大小可以调节。总长约80m，冷却速度应控制在15～18℃/s左右。
2.2.2控轧控冷工艺参数
以82B为典型代表的高碳钢轧制，需保证较高的尺寸精度、良好的表面质量、性能均一稳定以及良好的金相组织。根据文献报道，盘条表面冷速应控制在9.0～12℃/s以上，才能保证心部索氏体化，有利于形成晶粒细小和片层间距极小的组织，使盘条强度明显提高；但是，过大的冷速在铸坯中锰铬偏析的情况下，容易在盘条心部产生马氏体组织。
参考国内其他钢厂生产经验，结合重钢自身设备条件，最终确定均热段温度：1100～1150℃；进精轧机温度：900～950℃；吐丝温度：830～870℃。控制1#风机出口温度不超过670℃，2#风机出口温度不超过600℃，3#风机出口温度不超过550℃，斯太尔摩生产线的冷速应控制在1.0～12℃/s。
3、SWRH82B钢生产试制结果
3.1钢的熔炼成分
钢的熔炼成分见表2。
表2：实际熔炼成分
%
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项目
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C
|
Si
|
Mn
|
P
|
S
|
Alt
|
Cr
|
Ni
|
Cu
|
As
|
|
实际熔炼成分
|
0.83
|
0.21
|
0.75
|
0.013
|
0.006
|
0.008
|
0.02
|
0.03
|
0.01
|
0.009
|
实际熔炼成分达到了目标要求。
3.2钢中气体、夹杂含量
从钢中气体样分析结果看，结晶器钢液中氢和氧含量偏高，而成品盘条中氧含量达到了目标值（目标≤30×10-6），但氮含量偏高（目标≤30×10-6）。从夹杂样分析结果看，铸坯中夹杂总量偏高，夹杂分量以Al2O3为主，占60%以上。
3.3铸坯低倍质量
取每流中节铸坯各一块检验低倍质量，五块中除其中一块存在1.0级的中心疏松外，无其他铸坯低倍缺陷，铸坯低倍检验结果表明：铸坯总体质量良好。
3.4盘条实物质量情况
线材表面质量符合要求，直径范围：12.12～12.50mm。
3.4.1线材金相组织及性能情况
及时取金相试样及力学性能试样，通过分析，本次轧制的82B线材组织索氏体率达到80以上，索氏体级别为1.0～2.5级。控冷工艺制定较为合理，未发现网状渗碳体级马氏体组织。
图1：82B线材金相组织X500
由于线材直径较大，冷却速度较快，线材可能存在残余应力，且短时间内不可能完全释放，这会对性能指标特别是断面收缩率产生很大影响。为了摸索最佳的时效时间，尽量缩短交货周期，对时效不同的试样进行了性能对比分析，通过比较，发现时效15d左右比较合理（表3）。
表3：不同时效天数下力学性能情况
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放置时长/d
|
抗拉强度/MPa
|
面缩率/%
|
延伸率/%
|
|
1d
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1070～1100/1020
|
16～28/20.5
|
7.5～9.8/8.2
|
|
3d
|
1090～1110/1088
|
22～32/29
|
7.5～11.0/8.5
|
|
15d
|
1090～1200/1098
|
25～34/32.5
|
7.5～11.0/8.5
|
3.4.2线材拉拔性能
盘条发往用户处，考察组对拉拔过程进行了跟踪，由于是初次拉拔重钢生产试制的SWRH82B钢，对拉速作了适当降低，由平常的7m/s降低到5.8m/s，经9次拉拔成Φ5.23mm，之后又将拉速逐步提高至7m/s，拉拔过程顺利。用户对Φ5.23mm的钢丝作性能检验，强度为1780、1807MPa。
4、其他钢厂SWRH82B钢性能检测情况
其他钢厂盘条检验结果见表4。
表4：其他钢厂盘条检验结果
%
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比较项目
|
首钢
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沙钢
|
武钢
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|||
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试样1
|
试样2
|
试样1
|
试样2
|
试样1
|
试样2
|
|
|
C
|
0.80
|
0.82
|
0.82
|
0.83
|
0.81
|
0.80
|
|
Si
|
0.20
|
0.20
|
0.22
|
0.22
|
0.24
|
0.23
|
|
Mn
|
0.76
|
0.75
|
0.73
|
0.74
|
0.66
|
0.65
|
|
P
|
0.011
|
0.011
|
0.011
|
0.011
|
0.016
|
0.016
|
|
S
|
0.005
|
0.006
|
0.009
|
0.008
|
0.009
|
0.009
|
|
Cr
|
0.25
|
0.25
|
0.15
|
0.16
|
0.17
|
0.17
|
其他三家钢铁公司与重钢生产试制的SWRH82B钢相比，主要元素含量差别不大，但均加入了铬作为合金强化元素提高钢材的强度，其熔炼成分含量为0.15%～0.25%。查阅相关资料，国内宝钢、湘钢、包钢及日本等钢厂也采用加入Cr作为提高82B盘元强度的手段之一。
5、结语
通过对82B线材生产试验研究发现，其炼钢工艺基本正常，满足了试验方案要求；盘条轧制工艺基本正常，金相组织、索氏体化率及断面收缩率较好，但强度指标偏低，未完全满足用户要求，但拉拔工艺基本正常。通过对其他钢厂盘圆实物质量水平分析，本次试制82B盘圆除强度偏低外，其余性能指标均相当。经过优化试制方案，加入合金强化元素，提高盘圆强度，82B钢开发成功是有可能的。
2012年2月
来源：重钢，铁诺咨询
